Beeinflussung von Mückenschwärmen: Genmanipulation als neuer Forschungsansatz gegen Dengue, Zika & Co.

Mücken sind wichtige Insektenvektoren, da sie die Mikroorganismen übertragen, die Malaria und andere Viruserkrankungen verursachen. Die Tigermücke (Aedes aegypti) beispielsweise ist der Hauptüberträger tropischer Viruserkrankungen wie des Dengue- oder Zika-Fiebers.

Im vergangenen Jahrhundert wurden Mückenpopulationen hauptsächlich mit Insektiziden und der gezielten Dezimierung blutsaugender Weibchen bekämpft. Durch zunehmende Pestizidresistenzen und wachsende Umweltbedenken werden inzwischen jedoch alternative Ansätze entwickelt.

Vielversprechend ist beispielsweise der Einsatz molekularer Werkzeuge zur gezielten Genmanipulation im Bereich Fortpflanzung. Dabei werden genetisch veränderte männliche Mücken, die nicht stechen, in Massen gezüchtet und freigelassen, sodass sie sich mit freilebenden weiblichen Mücken paaren können und somit die Population dezimieren.

Paarungs- und Schwärmverhalten der Tigermücke

Zentral für das Paarungsverhalten von Mücken ist das Schwärmen. Beim Schwärmen versammelt sich eine große Gruppe von Männchen, die gemeinsam fliegen, um Weibchen anzulocken und um die Paarung zu konkurrieren.

Das Schwärmen wird von den Männchen initiiert sowie durch interne und externe Reize ausgelöst, wie etwa Sexualtrieb, visuelle Orientierungspunkte, Lichtverhältnisse, Tageszeit, akustische Signale und Geruchsreize.

Allgemein ist nur wenig darüber bekannt, wie die Männchen ihre Physiologie vorbereitend auf dieses Schwärmverhalten einstellen und welche genetischen Regelungen dahinterstecken. Das Wissen darüber könnte Hinweise auf die Auslöser der Schwarmbildung liefern und auch bei der Bewertung der Fitness von gezüchteten Männchen helfen.

Ein internationales Team von Forschenden der University of Leicester, des brasilianischen Instituto Oswaldo Cruz sowie des INCT-EM hat nun untersucht, welche Gene der Tigermücke für das Schwärmverhalten und die Fortpflanzung maßgeblich sind.

Aedes aegypti sind tagaktive Mücken, und Schwärme können zu jeder Tageszeit, meistens aber in der Dämmerung auftreten. Ein Schwarm bildet sich, wenn Dutzende von Männchen in einem unregelmäßigen Muster um einen Wirt herumfliegen, der Geruchsreize aussendet.

Akustische Reize sind ebenfalls wichtig, da das akustische Signal des Flügelschlagens andere Männchen in der Nähe dazu veranlassen kann, sich dem Schwarm anzuschließen. Die Männchen sammeln sich, und ihre Pheromone locken die Weibchen an.

Die Forscher nahmen Proben von schwärmenden und nicht schwärmenden Männchen gegen Ende des Tages, einer Zeit, in der die motorische Aktivität ihren Höhepunkt erreicht und die Wahrscheinlichkeit des Schwärmens zunimmt.

Die mRNA wurde sequenziert, um Gene zu identifizieren, die physiologischen Veränderungen zugrunde liegen könnten, die das Schwärmen bei Aedes aegypti aufrechterhalten.

Besondere Gene für zirkadiane und Paarungsfunktion identifiziert

Die Wissenschaftler identifizierten bei schwärmenden Männchen verschiedene Gene, die zum Schwarm- und Fortpflanzungsverhalten beitragen. In den untersuchten Mückenschwarm waren einige Gene hoch- und andere herunterreguliert.

Zu den hochregulierten Genen gehörte beispielsweise das Slowpoke-Gen von Drosphila. Dabei handelt es sich um ein Gen, das bei bestimmten Fliegenarten die zirkadiane Bewegungsaktivität reguliert. Das Gen ist direkt an der Aufnahme zirkadianer Informationen in neuronalen Schaltkreisen beteiligt, die für die Aufrechterhaltung der Rhythmen der Bewegungsaktivität notwendig sind.

Interessanterweise führen Mutationen in Slowpoke bei Drosophila zu Veränderungen im Balzgesang, einem Geräusch, das von Männchen erzeugt wird, indem sie mit ihren Flügeln vibrieren. Daher liegt die Vermutung nahe, dass das Gen auch bei Mücken eine zirkadiane und Paarungsfunktion haben könnte.

Daneben spielen noch andere Gene eine Rolle, die beispielsweise an Stoffwechsel- und Signalwegen beteiligt sind sowie bei Nahrungsauswahl, Alterungsprozess und der Modulation des zirkadianen Verhaltens eine Rolle spielen. Es gab auch Gene, die beim Schwärmen herunterreguliert waren, wie die Haushaltsfunktionen.

Die Forscher vermuten, dass das zirkadiane neuronale Netzwerk bei Mücken das Schwärmen unterstützt, weswegen sie ihre Forschung in dieser Richtung fortsetzen wollen.

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Quellen: